(57)【要約】【課題】圧電振動子の共振周波数がばらついても、変調信号と圧電振動子を整合させる。【解決手段】駆動信号生成部１００は、圧電振動子３００に入力される駆動信号を生成する。調整部２００は、駆動信号生成部１００と圧電振動子３００の間に設けられており、電気的イミタンスを調整できる。圧電振動子３００の共振周波数は、製造時のばらつきに起因して、設計値からずれることが多い。このため、駆動信号の周波数と、圧電振動子３００の共振周波数を設計時に一致させていても、実際には、駆動信号の周波数と、圧電振動子３００の共振周波数はずれることが多い。調整部２００は電気的イミタンスを調整できる。このため、調整部２００を用いることにより、駆動信号生成部１００と圧電振動子３００とを整合させることができる。【選択図】図１
2013183374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段と前記圧電振動子の間に設けられており、電気的イミタンスを調整できる調整手段と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
複数の前記圧電振動子を有しており、
前記駆動信号生成手段は、前記駆動信号を前記複数の圧電振動子に入力し、
前記調整手段は、前記複数の圧電振動子それぞれに対して設けられており、
前記調整手段により調整された後の前記圧電振動子の電気的イミタンスは、平均値に対して±２０％の範囲内でばらついている発振装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発振装置において、
前記調整手段は、互いに並列に接続された複数の抵抗を有しており、
前記複数の抵抗の一部が切断されている発振装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記調整手段は可変抵抗を有している発振装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記駆動信号生成手段は、パラメトリックスピーカとしての変調信号を前記駆動信号として生成する発振装置。
【請求項６】
圧電振動子の特性を検査し、この検査結果に基づいて、調整手段の電気的イミタンスを調整する工程と、
前記圧電振動子と、前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、の間に、調整後の前記調整手段を設ける工程と、
を備える発振装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置及び発振装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカの一つにパラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカは、音声信号を、超音波帯域の変調信号に変調し、この変調信号を大気中で可聴音に復調させるものである。パラメトリックスピーカの振動源としては、圧電振動子を用いることが多い。
【０００３】
一方、特許文献１には、静電型超音波トランスデューサとトランスからなる回路の共振周波数を、静電型超音波トランスデューサの駆動周波数と一致させるために、トランスの巻き数を調節することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７４６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パラメトリックスピーカの出力を増大させるためには、変調信号の周波数を、圧電振動子の共振周波数に一致させることが望ましい。しかし、圧電振動子の共振周波数は、製造時のばらつきによって設計値からずれることが多い。この場合、パラメトリックスピーカの出力が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、圧電振動子の共振周波数がばらついても、変調信号と圧電振動子を整合させることができる発信装置及び発振装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、圧電振動子と、
前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段と前記圧電振動子の間に設けられており、電気的イミタンスを調整できる調整手段と、
を備える発振装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、圧電振動子の特性を検査し、この検査結果に基づいて、調整手段の電気的イミタンスを調整する工程と、
前記圧電振動子と、前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、の間に、調整後の前記調整手段を設ける工程と、
を備える発振装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧電振動子の共振周波数がばらついても、変調信号と圧電振動子を整合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】調整部の第１例を示している。
【図３】調整部の第２例を示している。
【図４】圧電振動子の構成を示す図である。
【図５】発振装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ２０で行われる処理を説明するための図である。
【図７】第２の実施形態に係る発振装置の機能構成を示す図である。
【図８】圧電振動子のレイアウトを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子３００、駆動信号生成部１００、及び調整部２００を備えている。駆動信号生成部１００は、圧電振動子３００に入力される駆動信号を生成する。調整部２００は、駆動信号生成部１００と圧電振動子３００の間に設けられており、電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子３００のＱ値を、所定の値から±２０％以内の範囲で調整できる。
【００１３】
圧電振動子３００の共振周波数は、製造時のばらつきに起因して、設計値からずれることが多い。このため、駆動信号の周波数と、圧電振動子３００の共振周波数を設計時に一致させていても、実際には、駆動信号の周波数と、圧電振動子３００の共振周波数はずれることが多い。これに対して本実施形態では、調整部２００は、電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子３００のＱ値を、所定の値から±２０％以内の範囲で調整できる。このため、調整部２００を用いることにより、駆動信号の周波数に対して、圧電振動子３００を整合させることができる。以下、詳細に説明する。
【００１４】
駆動信号生成部１００は、外部から入力された音声信号を、パラメトリックスピーカ用の変調信号に変換する。ここでの変調方式は、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調、ＤＳＢ（Double Side Band）変調、ＳＳＢ（Single Side Band）変調、又はＦＭ（Frequency Modulation）変調である。圧電振動子３００は、変調信号に基づいて変調波を発振する。この変調波は、大気中で可聴音に復調する。
【００１５】
図２は、調整部２００の第１例を示している。調整部２００は、互いに並列に接続された複数の抵抗２０２を有している。そして調整部２００は、一部の抵抗２０２が切断されることにより、電気的イミタンスとしての抵抗値が調整されている。本図に示す例では、上から２番目の抵抗２０２が切断されており、切断部２０４を有している。ここで、抵抗２０２の抵抗値は互いに等しくても良いし、互いに異なっていても良い。
【００１６】
図３は、調整部２００の第２例を示している。調整部２００は、可変抵抗２１２を有している。そして可変抵抗２１２の抵抗値が調節されることにより、電気的イミタンスが調整されている。
【００１７】
図４は、圧電振動子３００の構成を示す図である。圧電振動子３００は、圧電素子３０２、振動部材３０４、及び保持部材３０６を有している。
【００１８】
圧電素子３０２は、振動部材３０４の一面に取り付けられており、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし圧電素子３０２は、他の圧電材料により形成されていても良い。圧電素子３０２の平面形状は、振動部材３０４の平面形状よりも小さい。
【００１９】
振動部材３０４はシート状であり、圧電素子３０２から発生した振動によって振動する。また振動部材３０４は、圧電素子３０２の基本共振周波数を調整する。振動部材３０４の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材３０４は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材３０４の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材３０４を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子３０２に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。
【００２０】
保持部材３０６は、振動部材３０４の縁を支持している。
【００２１】
図５は、本実施形態に係る発振装置の製造方法を示すフローチャートである。本図に示す処理は、一つの発振装置を製造するたびに行われる。
【００２２】
まず、圧電振動子３００の特性を検査し、圧電振動子３００の電気的特性を算出する（ステップＳ１０）。次いでこの電気的特性を用いて、調整部２００に設定すべき係数を算出する（ステップＳ２０）。ここで行われる処理の詳細は、後述する。次いで、調整部２００の電気的イミタンスの調整を行う（ステップＳ３０）。例えば調整部２００が図２に示す構造を有している場合、切断すべき抵抗２０２を決定し、その抵抗２０２を、レーザ等を用いて切断する。また調整部２００が図３に示す構造を有している場合、可変抵抗２１２の抵抗値を決定する。その後、駆動信号生成部１００、調整部２００、及び圧電振動子３００を用いて発振装置を組み立てる（ステップＳ４０）。
【００２３】
図６は、図５のステップＳ２０で行われる処理を説明するための図である。本図は、圧電振動子３００の等価回路を示している。圧電振動子３００の電気的イミタンスは、動イミタンスとしてのインダクタンスＬｍ、抵抗Ｒｍ、及び容量Ｃｍ、ならびに静的容量Ｃｄにより構成される。そして圧電振動子３００の機械的品質係数Ｑは、以下の（１）式により計算される。
Ｑ＝（ω×Ｌｍ）／Ｒｍ・・・（１）
【００２４】
ここで、ωは共振周波数であり、以下の（２）式で示される。
ω＝１／√（Ｌｍ×Ｃｍ）・・・（２）
【００２５】
（１）式から、目的とするＱをＱtargとして、そのために必要な調整部２００の抵抗をＲtargとすると、Ｑtargは以下の（３）式で示される。
Ｑtarg＝（ω×Ｌｍ）／（Ｒｍ＋Ｒtarg）・・・（３）
【００２６】
（３）式から、Ｒtargは以下の（４）式で示される。
Ｒtarg＝（ω×Ｌｍ）／Ｑtarg−Ｒｍ・・・（４）
【００２７】
従って、図５のステップＳ１０で測定された値を（４）式に代入することにより、調整部２００の係数すなわちＲtargが算出される。なお、調整部２００が図２に示す構成を有していた場合、切断される抵抗２０２は、調整部２００の抵抗値がＲtargに最も近くなるように決定される。
【００２８】
以上、本実施形態によれば、圧電振動子の共振周波数がばらついても、調整部２００の電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子３００のＱ値を、所定の値から±２０％以内の範囲で調整できる。このため、駆動信号の周波数と、圧電振動子３００の共振周波数がばらついても、駆動信号生成部１００と圧電振動子３００とを整合させることができる。なお、（３）式によれば、調整部２００は抵抗値を調節するのではなく、インダクタンスＬtargが調節可能なインダクタであってもよいし、容量値が調節可能な容量であってもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る発振装置の機能構成を示す図である。本実施形態は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００３０】
まず発振装置は、複数の圧電振動子３００を有している。複数の圧電振動子３００は、図８に示すように、マトリクス状に配列されている。
【００３１】
調整部２００は、複数の圧電振動子３００それぞれに対して設けられている。そして各調整部２００は、その調整部２００に対応する圧電振動子３００の特性に応じて、図５に示された処理が行われている。このため、調整部２００により調整された後の圧電振動子３００の電気的イミタンスは、ある程度ばらつくことになる。このばらつきの範囲は、平均値に対して±２０％である。
【００３２】
また、駆動信号生成部１００は、デコード部１１０、アップサンプリング部１２０、変調信号生成部１２６、Ｄ／Ａ変換部１２８、及び増幅部１３０を有している。これらのうちアップサンプリング部１２０及び変調信号生成部１２６は、例えばＤＳＰ（digital Signal Processor）により構成される。
【００３３】
本実施形態において、発振装置に入力される信号はデジタル信号であり、所定の方式（例えばＭＰ３（MPEG（Moving Picture Experts Group） Audio Layer-3））で圧縮された音声信号である。デコード部１１０は、この音声信号をデコードする。デコード部１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。
【００３４】
アップサンプリング部１２０は、デコード部１１０から入力された音声信号をアップサンプリングする。音声信号のサンプリング周波数は、搬送波よりもある程度高い必要がある。デコード部１１０から入力された音声信号は、４８ｋＨｚ以下のレートでサンプリングされている場合が多い。変調信号生成部１２６が生成する変調信号の搬送波を４０ｋＨｚ以上にする場合、音声信号のサンプリング周波数は、例えば９６ｋＨｚ以上である必要がある。アップサンプリング部１２０は、音声信号を、例えば９６ｋＨｚ又は１９２ｋＨｚにアップサンプリングする。アップサンプリング部１２０によるアップサンプリング後の音声信号の周波数は、変調信号生成部１２６が生成する変調信号の搬送波の周波数に応じて適宜選択される。
【００３５】
変調信号生成部１２６は、アップサンプリング部１２０によるアップサンプリング後の音声信号を、超音波帯域の信号に変調し、パラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。ここでの変調方式は、第１の実施形態と同様である。なお、変調信号生成部１２６が生成する変調信号は、デジタル信号である。
【００３６】
Ｄ／Ａ変換部１２８は、変調信号生成部１２６から出力された変調信号を、アナログ信号に変換する。増幅部１３０は、Ｄ／Ａ変換部１２８から出力されたアナログ形式の変調信号を増幅し、調整部２００を介して圧電振動子３００に入力する。
【００３７】
本実施形態によっても、第１の実施器携帯と同様の効果を得ることができる。また、複数の圧電振動子３００の特性を揃えることができる。
【００３８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 駆動信号生成部
１１０ デコード部
１２０ アップサンプリング部
１２６ 変調信号生成部
１２８ Ｄ／Ａ変換部
１３０ 増幅部
２００ 調整部
２０２ 抵抗
２０４ 切断部
２１２ 可変抵抗
３００ 圧電振動子
３０２ 圧電素子
３０４ 振動部材
３０６ 保持部材
【図１】
2013183374.tif 000003
【図２】
2013183374.tif 000004
【図３】
2013183374.tif 000005
【図４】
2013183374.tif 000006
【図５】
2013183374.tif 000007
【図６】
2013183374.tif 000008
【図７】
2013183374.tif 000009
【図８】
2013183374.tif 000010